新能源汽車火災(zāi)處置對策研究

李宇峰

摘要：目前，新能源汽車因其環(huán)保等特性受到大眾的歡迎，銷量直線上升。雖然新能源汽車解決了尾氣排放問題，但其自燃、爆炸等安全事故值得研究。因此，現(xiàn)就新能源汽車的主要構(gòu)造、電力供應(yīng)系統(tǒng)以及鋰電池結(jié)構(gòu)特點、其引發(fā)的火災(zāi)特性進行分析，并提出相應(yīng)的處置對策，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；火災(zāi)處置；電力供應(yīng)系統(tǒng)；鋰電池

1 新能源汽車的主體構(gòu)成分析

1.1? 新能源汽車的主體構(gòu)成

新能源汽車推進系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：電力供應(yīng)系統(tǒng)、電動推進系統(tǒng)、支持系統(tǒng)。

電力供應(yīng)系統(tǒng)由電池、能源管理系統(tǒng)和充電裝置構(gòu)成，其主要功能是向電機提供動力，同時監(jiān)控電池狀態(tài)和管理充電過程。在安裝至車輛之前，通過串聯(lián)或并聯(lián)的方法，將12V或24V電池組配置成低電壓供電系統(tǒng)?？紤]到新能源汽車需要較高的運行速度，這些車輛往往依賴于高電壓供電。可通過將多個12V或24V電池組通過特定方式連接，形成高壓電池組，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器調(diào)整電壓以滿足電機需求。

電動推進系統(tǒng)由電控單元、功率轉(zhuǎn)換模塊、電動機、傳動系統(tǒng)和輪胎構(gòu)成，主要功能是高效地將電池中的電能轉(zhuǎn)換成輪胎的旋轉(zhuǎn)動力，在減速或制動時將能量回收到電池中，以實現(xiàn)能源利用。

支持系統(tǒng)包括額外的動力源、助力轉(zhuǎn)向、導(dǎo)航、人工智能等，旨在提高駕駛體驗與乘坐舒適性。

1.2? 新能源汽車電池主要結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰電池較好的熱穩(wěn)定性成為各大廠商的優(yōu)先選擇對象。因此，它也成為消防救援隊伍的主要研究對象。

鋰離子蓄電池由正極、負極、隔膜、電解溶液構(gòu)成。其中鋰離子蓄電池的正極材料主要由氧化鋰鈷、鎳酸鋰、錳酸鋰和磷酸鋰構(gòu)成；鋰離子電池的負極材料通常采用鋰與碳之間形成的層狀化合物，即LixC6。作為電池隔離層的材料，主要是由聚丙烯和聚乙烯構(gòu)成。電解質(zhì)部分則含有如六氟磷酸鋰和六氟合砷酸鋰等有機溶劑，而電池內(nèi)部的有機溶液是通過將磷酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和硝酸二乙酯等按照一定比例混合調(diào)配而得到的。

1.3? 鋰離子蓄電池的著火特性

鋰電池儲存著大量電能在體積中，安全問題主要由熱失控引起[1]，有機小分子連鎖反應(yīng)是引發(fā)熱失控的關(guān)鍵因素。在鋰離子電池的熱失控過程可分為三個主要階段：起始階段，電池內(nèi)部溫度達到90～100℃時，會引發(fā)負極材料的熱分解，釋放出大量的熱量與氧氣。積能階段，在鋰離子電池內(nèi)部溫度達到250～350℃時，鋰離子與電解質(zhì)中的有機溶劑（如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等）開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成如甲烷、乙烷等易燃碳氫化合物氣體，引起電池體積增大。氧化爆炸階段，在電池充電過程中，正極材料與電解質(zhì)之間可能會發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量高溫和有害氣體，這種情況下電池有可能自行點火或者發(fā)生爆炸。

2 新能源汽車的火災(zāi)風(fēng)險性及救援難點

作為能量儲存裝置，電池易受外部環(huán)境或內(nèi)部質(zhì)量問題的影響，導(dǎo)致熱失控現(xiàn)象發(fā)生，從而引發(fā)火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重后果。新能源汽車中的電池安全問題是其安全性關(guān)注的中心點。這些車輛在發(fā)生火災(zāi)時的特性與傳統(tǒng)燃油汽車存在明顯的差異，主要體現(xiàn)在：

2.1? 火災(zāi)突發(fā)性與燃燒速度

在使用過程中，過度充電、水分侵入、物理撞擊或高溫都可能對新能源汽車電池造成損害，提高火災(zāi)風(fēng)險。上海消防研究所的一項實驗顯示，通過并聯(lián)電池芯并采用穿刺技術(shù)引起內(nèi)部短路來模擬熱失效情形，結(jié)果表明動力電池一旦發(fā)生熱失效便能迅速著火。從著火到達燃燒頂峰的時間僅需6s，而要將火完全撲滅則需耗時達3min，此期間內(nèi)部溫度可高達916℃。電池一旦發(fā)生熱失控，就會快速釋放出大量易燃的氣體或液體，導(dǎo)致火勢迅速蔓延，大大減少了報警、調(diào)度和救援操作的有效時間。

2.2? 火災(zāi)車輛狀況復(fù)雜

在新能源汽車發(fā)生火災(zāi)時，鋰離子電池燃燒會釋放大量的熱和氣體。若電池的安全閥功能失效，釋放的能量有可能觸發(fā)車輛爆炸。與傳統(tǒng)燃油車類似，新能源車輛內(nèi)部裝有大量裝飾材料和電子設(shè)備，它們在燃燒時會產(chǎn)生諸多有害氣體。電池燃燒還會產(chǎn)生大量有毒物質(zhì)，如氟化物、烯烴、烷烴、醚等。鋰離子電池中的電解液是易揮發(fā)且具有強腐蝕性的有機液體，它能通過呼吸、皮膚吸收等途徑進入人體，易引起現(xiàn)場救援人員和被困者中毒或窒息。此外，新能源汽車采用的高電壓大容量電池基礎(chǔ)電壓可達380V，不當(dāng)處理會導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。

2.3? 起火車輛復(fù)燃概率高

新能源汽車蓄電池被金屬殼保護，直接用水槍滅火比較困難，難以迅速且徹底地撲滅火勢。即使表面的火焰被熄滅，內(nèi)部的熱反應(yīng)仍在進行，很容易導(dǎo)致電池再次著火。

2.4? 起火車輛撲救困難，專業(yè)技術(shù)要求高

鋰離子蓄電池內(nèi)部成分在高溫下會產(chǎn)生氧化物，即使在氧氣不足的情況下仍能持續(xù)燃燒，且其內(nèi)部的電芯外部由外殼材料包圍，滅火劑難以作用到電芯內(nèi)部。目前，救援隊伍內(nèi)部對于此類汽車火災(zāi)撲救多采用遠距離灑水、翻轉(zhuǎn)事故車輛、拆卸撬開電池包、長時間不間斷注水等滅火方式。相對于傳統(tǒng)汽車滅火，此類汽車火災(zāi)存在滅火效果不佳、安全隱患更大、滅火時間更長等問題。

3 新能源汽車火災(zāi)常見撲救技戰(zhàn)術(shù)

在接到新能源汽車火災(zāi)報警時，事先的準(zhǔn)備至關(guān)重要[2]，包括進行詳盡的詢問、給出具體指導(dǎo)和確保正確的引導(dǎo)。當(dāng)指揮中心接收到關(guān)于新能源汽車的火警信息時，應(yīng)立即獲取車輛的品牌和型號信息，并利用新能源汽車的數(shù)據(jù)資源，如服務(wù)手冊、救援指南等，查找必要的信息。這樣可以快速了解車輛的電池類型、電池容量、最大工作電壓和高壓電路的布局。同時，聯(lián)系當(dāng)?shù)氐能囕v銷售商以獲得最新的車輛信息，并以此對趕往現(xiàn)場的救援隊伍進行簡要說明，特別強調(diào)個人安全保護的重要性。再次與報警人員聯(lián)系，給出明確的指導(dǎo)建議。例如，如果電池組已經(jīng)起火，通常的滅火器可能無法有效撲滅火勢，應(yīng)告知報警人停止嘗試滅火并指導(dǎo)其向下風(fēng)方向疏散，以保證人員安全。

在到達火災(zāi)現(xiàn)場后，緊急指揮人員必須立即了解關(guān)鍵情況，包括火源的具體位置、有無人員被困及其位置和受傷情況，要注意電池組單元損壞、起火、泄漏情況，還要留意車輛發(fā)動機區(qū)域、前蓋、門、行李廂等是否有任何特殊標(biāo)志，以準(zhǔn)確判定車輛類型。基于現(xiàn)場獲得的具體信息，進行科學(xué)且合理的應(yīng)急部署與行動計劃制定。

在遇到有人員被困情況下，優(yōu)先考慮人員安全與救助，盡力營救車內(nèi)被困者。若車門因故障無法開啟，應(yīng)采用多方位入手策略，如破碎車窗玻璃，并使用水槍產(chǎn)生水霧對抗火焰，以阻止火勢擴散，贏得救援時間。同時，可應(yīng)用液壓擴張器、切割器、千斤頂、消防斧等救援工具，以破拆車頂或拆卸車門等手段進行救援。在執(zhí)行車體破拆作業(yè)時，使用霧化水流進行噴灑，減少火花產(chǎn)生。

考慮到新能源汽車火災(zāi)特殊風(fēng)險屬性，在當(dāng)前消防技術(shù)條件下，優(yōu)先考慮的是人員救援，目標(biāo)是確保人員安全、阻止火勢進一步發(fā)展并盡可能減少損失。基于火災(zāi)發(fā)生的具體位置與現(xiàn)場主要任務(wù)，應(yīng)有選擇性地決定采取何種滅火及救援策略，具體的方法如下：①降溫冷卻方法。在沒有起火的情況下，可以采用傳統(tǒng)車輛火災(zāi)處置的方式來撲滅汽車的火災(zāi)。當(dāng)蓄電池著火時，需采用出水降溫冷卻的方法。②覆蓋隔離法。當(dāng)新能源汽車火災(zāi)處于發(fā)展及全面燃燒階段時，在確保車內(nèi)無人員被困的情況下，可利用超大型滅火毯對車輛進行完全覆蓋，覆蓋前應(yīng)將車輛內(nèi)飾與外圍的明火打滅，利用窒息滅火原理，快速撲滅明火，此方法能有效控制消滅車輛可燃物明火，但對阻止蓄電池組的熱失控沒有任何作用。③圍擋浸泡法。當(dāng)新能源汽車處于完全燃燒、電池包熱失控?zé)o法控制階段時。在無被困人員的前提下，救援人員需在水槍的掩護和滅火毯覆蓋法相配合的情況下，在現(xiàn)場組裝圍擋設(shè)備擋板，將著火車輛完全包圍，然后對圍擋內(nèi)部進行灌水操作，冷卻車輛底盤及電池包，達到撲滅火勢目的。此方法能有效控制電池包熱失控，起到全面降溫效果，防止車輛復(fù)燃。④快速轉(zhuǎn)移法。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在如停車場、地下車庫等對周圍有較大影響且現(xiàn)場不可控時，救援人員需利用水槍從著火車輛后方兩側(cè)抵近滅火，控制外圍火勢。然后利用滅火毯對事故車進行覆蓋，控制火勢和煙氣擴散，同時保護救援人員免受毒煙、漏電、爆炸、噴射火傷害。在現(xiàn)場指揮員、安全員和專業(yè)技術(shù)人員的監(jiān)督下，采用邊揭毯、邊牽引、邊冷卻的方式，協(xié)力將著火車輛牽引至空曠安全地帶進行處置。也可借鑒森林草原火災(zāi)處置措施中“防火隔離帶”思路，選用托底式搬運機器人和拖輪式搬運機器人對事故車輛的毗鄰車輛進行快速轉(zhuǎn)移，對著火車輛進行孤立處置。

4 針對新能源車輛的消防處理流程與方法

4.1? 現(xiàn)場風(fēng)險評估

指揮員和安全員在做好個人防護的前提下，攜帶紅外熱成像儀，測溫儀、漏電探測器、絕緣斷線鉗、可燃氣體檢測器、有毒氣體檢測器、佩戴電絕緣手套等器材至著火車輛附近，對汽車進行危險評價，并切斷車輛電源。

4.2? 現(xiàn)場安全管控

指揮員要根據(jù)事故嚴(yán)重性來確定警戒區(qū)域、安全區(qū)[3]。需負責(zé)組織救援人員疏散旁觀者，與交通管理部門合作，確保周邊交通的順暢，將事故現(xiàn)場分為多個專門區(qū)域，包括火災(zāi)撲救區(qū)域、設(shè)備替換區(qū)、傷員轉(zhuǎn)移及待命區(qū)域。對于特別嚴(yán)重情況，還需要設(shè)立臨時指揮中心、人員集結(jié)點、物資補給區(qū)。

現(xiàn)場外圍安全員需協(xié)同公安、交通等部門，對事故警戒范圍進行嚴(yán)格封控，在距離事故現(xiàn)場不小于50m處進行警戒，高速公路距離則增加到150m，如遇到特殊天氣，可適當(dāng)擴大警戒范圍，火場安全員需對進入火災(zāi)撲救區(qū)人員的安全防護情況進行詳細檢查并做好登記，每10min提醒內(nèi)攻人員內(nèi)攻時間和注意氣瓶余量。

應(yīng)當(dāng)成立偵察小組，在現(xiàn)場持續(xù)使用可燃氣體探測器進行監(jiān)測，根據(jù)情況適時更改安全警戒線。

指揮員需攜帶溫度測量工具，實時監(jiān)控事故車輛的電池溫度，并據(jù)此調(diào)整警戒區(qū)域的范圍。

4.3? 安全防護

安全防護關(guān)系到消防人員的生命安全，也是消防安全工作順利完成的保障。消防指戰(zhàn)員需要根據(jù)現(xiàn)場實際狀況采取個人防護措施，包括穿戴完整滅火、救援防護服。接近著火車輛的工作人員應(yīng)立即裝備空氣呼吸器，并正確穿戴絕緣手套、絕緣靴等防護裝備。

4.4? 處置流程

在進行破拆、撲滅火勢和救援工作，要遵循“救人第一，科學(xué)施救”的原則，如果條件許可，應(yīng)盡快切斷車輛電源，并把車鑰匙放入信號屏蔽袋中或置于車輛10m外的位置。但是，還要針對不同的情況進行處置，具體內(nèi)容如下：

針對電池?zé)崾Э?、車輛未出現(xiàn)明火的情況。在降溫冷卻組的掩護下，滅火組使用汽車底盤便攜式滅火裝具對車輛底盤處裸露燃燒的電池進行射水冷卻。與此同時，其他人員預(yù)組裝圍擋，如果蓄電池的冷卻效果不佳，現(xiàn)場火勢有進一步擴散的趨勢時，在水槍掩護下在事故車輛四周迅速搭建圍擋，采取射水注水或直接注水法，向圍擋內(nèi)注水淹沒電池包，持續(xù)降溫冷卻至電池包溫度降至安全范圍。

針對車輛車廂內(nèi)已起火、車輛進入全面燃燒階段的情況。在射水降溫冷卻組水槍手的掩護下，滅火組需使用大號滅火毯，對事故車輛進行全面覆蓋。在可靠近起火車輛情況下，射水降溫冷卻組配合破拆小組破拆車窗，插入水槍進行注水滅火，達到撲滅車廂內(nèi)明火、冷卻整車目的。滅火組其余人員預(yù)搭建圍擋，當(dāng)電池冷卻效果不理想、火勢有進一步擴大蔓延趨勢時，在水槍掩護下在事故車輛四周迅速搭建圍擋，采取射水注水或直接注水法，向圍擋內(nèi)注水淹沒電池包，持續(xù)冷卻直至電池包溫度降至安全范圍。

注意，以上處置流程需車內(nèi)無人員被困的情況下實施。

5 注意事項

新能源汽車火災(zāi)處置還有一些事項要注意，具體如下：

第一，嚴(yán)禁在情況不明、未做好個人防護的情況下，盲目翻轉(zhuǎn)車輛；嚴(yán)禁對帶有鮮艷橙色標(biāo)記的高壓線路系統(tǒng)進行剪、切和拆卸，以免導(dǎo)致高壓系統(tǒng)與外部絕緣發(fā)生故障，導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。

第二，在處置過程中，必須嚴(yán)格佩戴個人安全防護措施，近距離操作人員必須做好防觸電保護及全包裹式防護，嚴(yán)防觸電、電池電解液噴濺、熱失控高溫可燃氣體噴射、爆炸等傷害。

第三，指揮員和安全員需持續(xù)監(jiān)控著火車輛的狀態(tài)，利用熱成像相機監(jiān)測電池部位的溫度。如果發(fā)現(xiàn)電池溫度突然升高或有大量煙霧釋放，必須立即發(fā)出撤退信號，并指導(dǎo)人員撤到安全區(qū)。

參考文獻

[1]劉海峰.新能源汽車火災(zāi)原因分析及處置對策研究[J].科技資訊，2020，18（21）：81-83.

[2]阮藝亮，王佳.我國新能源汽車起火事故分析與對策[J].汽車文摘，2019（5）：39-43.

[3]劉子華.電動汽車鋰電池火災(zāi)特性及滅火技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（1）：68-68.